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JP4389354B2 - Hermetic pump device - Google Patents

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JP4389354B2
JP4389354B2 JP2000162599A JP2000162599A JP4389354B2 JP 4389354 B2 JP4389354 B2 JP 4389354B2 JP 2000162599 A JP2000162599 A JP 2000162599A JP 2000162599 A JP2000162599 A JP 2000162599A JP 4389354 B2 JP4389354 B2 JP 4389354B2
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JP
Japan
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bellows
cylinder
piston
pump device
working fluid
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信悟 森島
田中  栄太郎
利宏 真船
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部との遮断性に優れた密閉式ポンプ装置に関するものであり、可燃性流体や毒性流体に用いて好適な技術である。
【0002】
【従来の技術】
密閉式ポンプ装置として、特開平10−148258号公報に開示されたベローズ式ポンプが知られている。この密閉式ポンプ装置は、密閉構造のベローズの内部をポンプ室として利用するものであり、ベローズの伸縮による容積変化を利用して作動流体の吸入および吐出を行うものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の密閉式ポンプ装置(ベローズ式ポンプ)では、伸縮に伴う内部応力によってベローズに疲労が蓄積して破損する課題がある。この課題を解決する手段として、前記応力がベローズの疲労限界以下となる範囲で伸縮させる必要がある。つまり、ベローズの全長に対して伸縮量を大きくとることができず、密閉式ポンプ装置の体格が大きくなってしまう。
本発明の目的は、ポンプ能力を高めることで、密閉式ポンプ装置の体格を小型化することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の手段〕
請求項1の手段を採用することにより、ベローズの1回の伸縮で、作動流体を2回連続吸引するとともに、作動流体を2回連続吐出する。このため、請求項1にかかる密閉式ポンプ装置は、従来に比較してポンプ能力が高く、密閉式ポンプ装置の体格を従来に比較して小型化することができる。
【0008】
具体的に、請求項1の手段を採用することにより、第1ベローズが縮む際(この時、第2ベローズが伸びる)、ピストンによって区画されたシリンダ内における第1ベローズ側のポンプ室が作動流体の吸引を行い、第2ベローズ側のポンプ室が作動流体の吐出を行う。続いて、第1ベローズが伸びる際(この時、第2ベローズが縮む)、ピストンによって区画されたシリンダ内における第1ベローズ側のポンプ室が作動流体の吐出を行い、第2ベローズ側のポンプ室が作動流体の吸引を行う。
つまり、ベローズの1回の伸縮で、作動流体を2回連続吸引するとともに、作動流体を2回連続吐出する。このため、従来に比較してポンプ能力が高く、密閉式ポンプ装置の体格を従来に比較して小型化することができる。
【0009】
また、請求項1の手段を採用して、第1ベローズおよび第2ベローズの内部に非圧縮流体が封入されることにより、2つのベローズ内における容積変化を確実にピストンに伝えることができ、ピストンの往復駆動を効率的に行うことができる。
【0010】
さらに、請求項1の手段を採用して、ピストンと軸受部材の間が小径のベローズに覆われて、軸部材がシリンダ内のポンプ室と隔離して設けられることにより、軸部材と軸受部材の間から非圧縮流体がシリンダ内のポンプ室側へ例え漏れたとしても、その漏れた非圧縮流体は、小径のベローズによって内部に封入される。このため、ベローズ内に封入された非圧縮流体がポンプ室内に流入して作動流体に混入する不具合を確実になくすことができる。
【0011】
請求項2の手段〕
請求項2の手段を採用することにより、軸部材がシリンダ内のポンプ室とは異なる側に摺動する際に、楔溝内の非圧縮流体がベローズ内に戻される。このため、ベローズ内に封入された非圧縮流体がポンプ室内に流入して作動流体に混入する不具合を抑えることができる。
【0012】
請求項3の手段〕
請求項3の手段を採用することにより、シリンダの内部でピストンが摺動しないため、摺動によって発生する摺動粉が作動流体に混入する不具合がない。
【0013】
請求項4の手段〕
請求項4の手段を採用することにより、シリンダ内においてピストンの両側に形成される2つのポンプ室間の圧力が、ピストンの外周面に設けた溝によって分断されるため、2つのポンプ室間の圧力差が確保でき、2つのポンプ室間における流体の内部漏れを抑えることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、参考例、実施例および変形例を用いて説明する。
第1参考例
図1は密閉式ポンプ装置の断面図である。この密閉式ポンプ装置は、大別して、ポンプユニット1と駆動機構2から構成される。なお、ポンプユニット1は、例えば、水素供給用ポンプに用いられるものであり、水素を透過せず、破毒性および耐久性に優れた金属材料(例えばSUS3162よりなるステンレス)によって構成されるものである。
【0015】
ポンプユニット1は、筒状を呈したシリンダ3と、このシリンダ3内を往復動するピストン4と、このピストン4の両側に設けられた第1、第2軸部材5、6と、シリンダ3の端部に固定された第1、第2軸受部材7、8と、この第1、第2軸受部材7、8の外面に固定された第1、第2ベローズ9、10から構成される。
【0016】
シリンダ3は、円筒形状を呈するものであり、その内部にはピストン4によって区画される第1、第2ポンプ室11、12が形成されている。また、シリンダ3には、第1、第2ポンプ室11、12のそれぞれに作動流体を導くための吸入口13、および第1、第2ポンプ室11、12内で圧縮された作動流体をシリンダ3の外部へ吐出するための吐出口14が設けられている。
吸入口13には、吸入口13に接続された流体流入手段からシリンダ3内のみに作動流体を流す一方向弁である吸入弁15(弁手段に相当する)が設けられている。また、吐出口14にも、シリンダ3内から、吐出口14に接続された流体流出手段のみに作動流体を流す一方向弁である吐出弁16(弁手段に相当する)が設けられている。なお、吸入弁15および吐出弁16は、リード弁あるいはチェック弁など、周知の一方向弁を用いたものである。
【0017】
ピストン4は、シリンダ3の内部で往復動して、ピストン4で区画される第1、第2ポンプ室11、12内の容積を変化させるものであり、ピストン4の外径寸法はシリンダ3の内径寸法よりも僅か(例えば、10μ〜1000μほど)に小さく設けられている。そして、このピストン4は、両端に設けられた第1、第2軸部材5、6の摺動によって軸方向へ往復動自在に支持されるものであり、ピストン4の外周面がシリンダ3の内周面に摺接しないように設けられている。このように設けられることにより、摺動によって発生する摺動粉が作動流体に混入する不具合がない。
【0018】
第1、第2軸部材5、6は、円柱棒状を呈するものであり、ピストン4の両側の中心部分において、ピストン4と一体、あるいはピストン4に固定されたものである。第1、第2軸部材5、6の外周面は、第1、第2軸受部材7、8によって軸方向へ摺動自在に支持されるものであり、第1、第2軸部材5、6の端面は、第1ベローズ9あるいは第2ベローズ10の伸縮による容積変化に伴う圧力変化を受けるものである。
【0019】
第1ベローズ9は、軸方向へ弾性的に伸縮する蛇腹状の筒形を呈したものであり、この第1ベローズ9の伸縮による容積変化を利用してピストン4を往復駆動させるものである。第1ベローズ9は、図示左側端部が駆動端であり、図示右側端部が固定端である。
第1ベローズ9の駆動端には、円盤状の第1キャップ17がろう付けや溶接等の接合技術によって接合されており、第1キャップ17の受ける往復動によって第1ベローズ9の駆動端が往復駆動される。
第1ベローズ9の固定端は、ろう付けや溶接等の接合技術によって第1軸受部材7に接合されている。
そして、第1ベローズ9、第1キャップ17、第1軸受部材7および第1軸部材5の端面に囲まれたスペースによって第1作動室18が形成され、その容積変化によって第1軸部材5を介してピストン4を往復駆動するものである。なお、第1作動室18、および後述する第2作動室20の内部には、不活性ガスなどの圧縮性流体が封入されたものである。
【0020】
第2ベローズ10も、第1ベローズ9と同様、軸方向へ弾性的に伸縮する蛇腹状の筒形を呈したものであり、この第2ベローズ10の伸縮による容積変化を利用してピストン4を往復駆動させるものである。第2ベローズ10は、図示右側端部が駆動端であり、図示左側端部が固定端である。
第2ベローズ10の駆動端には、円盤状の第2キャップ19がろう付けや溶接等の接合技術によって接合されており、第2キャップ19の受ける往復動によって第2ベローズ10の駆動端が往復駆動される。
第2ベローズ10の固定端は、ろう付けや溶接等の接合技術によって第2軸受部材8に接合されている。
そして、第2ベローズ10、第2キャップ19、第2軸受部材8および第2軸部材6の端面に囲まれたスペースによって第2作動室20が形成され、その容積変化によって第2軸部材6を介してピストン4を往復駆動するものである。
【0021】
ここで、第1キャップ17を含む第1ベローズ9、第1軸受部材7および第1軸部材5によって、第1ベローズ9の伸縮による容積変化をピストン4の駆動ストロークに変換する第1変換手段が構成されるものであり、第2キャップを含む第2ベローズ10、第2軸受部材8および第2軸部材6によって、第2ベローズ10の伸縮による容積変化をピストン4の駆動ストロークに変換する第2変換手段が構成されるものである。
【0022】
第1、第2軸受部材7、8は、シリンダ3の両端に固定されたものであり、上述したように、第1ベローズ9あるいは第2ベローズ10の内部と、シリンダ3の内部とを区画するとともに、第1、第2軸部材5、6を軸方向へ摺動自在に支持するものである。
また、第1、第2軸受部材7、8は、第1、第2ベローズ9、10の内部に生じる死容積を埋め、第1、第2作動室18、20内の圧縮比を向上させる役割を果たすものであり、軸受けを兼ねる円柱ボス部が死容積を埋めるように配置されている。
【0023】
次に、駆動機構2を説明する。なお、ポンプユニット1は、第1ベローズ9を圧縮することにより第2ベローズ10が伸び、逆に第2ベローズ10を圧縮することにより第1ベローズ9が伸びる構造であるため、駆動機構2は、第1、第2キャップ17、19を交互に押圧する第1、第2カム21、22(カム手段に相当する)を用いたものである。
【0024】
駆動機構2は、第1、第2ベローズ9、10を伸縮させる手段であり、駆動力を発生させるための電動モータ23(外部動力発生手段)を備える。この電動モータ23の出力シャフト24の先端には、出力シャフト24の回転に応じて第1キャップ17を押圧する第1カム21が取り付けられている。
また、出力シャフト24の付け根部分には、駆動プーリ25が取り付けられており、タイミングベルト26を介して出力シャフト24の回転が従動プーリ27に伝えられる。この従動プーリ27と一体に回転する従動シャフト28の先端には、従動シャフト28の回転に応じて第2キャップ19を押圧する第2カム22が取り付けられている。
ここで、駆動プーリ25と従動プーリ27の回転比は1:1であり、第1カム21と第2カム22が交互に第1キャップ17と第2キャップ19を押圧するように設けられている。
【0025】
動モータ23が作動すると、出力シャフト24および従動シャフト28の回転に伴って第1、第2カム21、22が交互に第1キャップ17と第2キャップ19を押圧する。 第1カム21が第1キャップ17を押圧して第1ベローズ9が縮むと、第1作動室18内が圧縮され、ピストン4が図示右側へ駆動される。すると、第1ポンプ室11の容積が拡大し、第1ポンプ室11が作動流体の吸引を行うとともに、第2ポンプ室12の容積が減少し、第2ポンプ室12が作動流体の吐出を行う。この時(ピストン4が図示右側へ駆動された時)、第2軸部材6が第2作動室20内を圧縮するため、第2ベローズ10が伸びる。
【0026】
続いて、第2カム22が第2キャップ19を押圧して第2ベローズ10が縮むと、第2作動室20内が圧縮され、ピストン4が図示左側へ駆動される。すると、第1ポンプ室11の容積が減少し、第1ポンプ室11が作動流体の吐出を行うとともに、第2ポンプ室12の容積が拡大し、第2ポンプ室12が作動流体の吸引を行う。この時(ピストン4が図示左側へ駆動された時)、第1軸部材5が第1作動室18内を圧縮するため、第1ベローズ9が伸びる。
つまり、第1キャップ17と第2キャップ19を交互に連続して押圧駆動することで、第1ベローズ9と第2ベローズ10が交互に連続作動し、2つの吸入口13から交互に作動流体を吸引するとともに、2つの吐出口14から交互に作動流体を吐出する。
【0027】
上記で示したように、密閉式ポンプ装置は、ベローズの1回の伸縮で、作動流体を2回連続吸引するとともに、作動流体を2回連続吐出する。これによって、従来のベローズ式ポンプに比較してポンプ能力が高くなり、密閉式ポンプ装置の体格を従来に比較して小型化することができる。
また、密閉式ポンプ装置は、ベローズの1回の伸縮で、180度位相のずれた作動流体の吸引を行うとともに、180度位相のずれた作動流体の吐出を行うものであり、作動流体の吸引および吐出の脈動が従来よりも平均化される。
さらに、密閉式ポンプ装置は、シリンダ3とピストン4との間に微細なクリアランスが保たれるため、第1、第2ポンプ室11、12内に摺動部がなく、摺動に伴う摺動粉が第1、第2ポンプ室11、12内で発生しない。このため、摺動粉が作動流体に混入して作動流体を汚染する不具合がない。
【0028】
第2参考例
第2参考例に示すポンプユニット1は、図2に示すように、第1、第2ベローズ9、10の内部の第1、第2作動室18、20にオイル等の非圧縮流体を充填して封入したものである。
このように設けることにより、第1、第2ベローズ9、10内の容積変化を確実にピストン4に伝えることができ、ピストン4の往復駆動を効率的に行うことができる。
【0029】
第3参考例
第3参考例に示すポンプユニット1は、図3に示すように、第1、第2軸受部材7、8の摺動面に、第1、第2ポンプ室11、12とは異なる側に広がる楔形状を呈した楔溝31を複数設けたものである。
このように設けることにより、第1軸部材5が第1ポンプ室11とは異なる側へ摺動する際、楔溝31内に浸入した非圧縮流体が第1作動室18内に戻されるため、オイル等の非圧縮流体が第1ポンプ室11内に流入する不具合が抑制される。
同様に、第2軸部材6が第2ポンプ室12とは異なる側へ摺動する際、楔溝31内に浸入した非圧縮流体が第2作動室20内に戻されるため、オイル等の非圧縮流体が第2ポンプ室12内に流入する不具合が抑制される。
このように、第1、第2軸受部材7、8の摺動面に楔溝31を設けたことにより、オイル等の非圧縮流体が第1、第2ポンプ室11、12内に流入する不具合が抑制されるため、非圧縮流体が作動流体に混入して作動流体を汚染する不具合が抑制される。
【0030】
第1実施例
第1実施例に示すポンプユニット1は、図4に示すように、第1軸部材5におけるピストン4と第1軸受部材7の間が樹脂製の第1小径ベローズ32に覆われて、第1軸部材5が第1ポンプ室11内と隔離して設けられたものであり、また、第2軸部材6におけるピストン4と第2軸受部材8の間も樹脂製の第2小径ベローズ33に覆われて、第2軸部材6が第2ポンプ室12内と隔離して設けられたものである。
【0031】
このように設けることにより、第1軸部材5と第1軸受部材7の間から非圧縮流体がシリンダ3側へ例え漏れたとしても、その漏れた非圧縮流体は、第1小径ベローズ32によって内部に封入される。
同様に、第2軸部材6と第2軸受部材8の間から非圧縮流体がシリンダ3側へ例え漏れたとしても、その漏れた非圧縮流体は、第2小径ベローズ33によって内部に封入される。
このように、第1、第2軸部材5、6の周囲に第1、第2小径ベローズ32、33を設けたことにより、オイル等の非圧縮流体が第1、第2ポンプ室11、12内に流入する不具合がなく、非圧縮流体が作動流体に混入して作動流体を汚染する不具合を確実になくすことができる。
【0032】
第2実施例
第2実施例に示すポンプユニット1は、図5に示すように、ピストン4の外周面には、周方向に沿う溝34が複数設けられたものである。
このように設けることにより、第1ポンプ室11の圧力と、第2ポンプ室12の圧力差が、複数の溝34によって分断されるため、第1、第2ポンプ室11、12間の圧力差が確保でき、第1、第2ポンプ室11、12間における流体の内部漏れを抑えることができる。このように、第1、第2ポンプ室11、12間における流体の内部漏れが抑えられるため、ポンプ効率を向上できる。
【0033】
〔変形例〕
上記では、本発明を水素供給用ポンプに適用した例を示したが、例えば水素以外の可燃性ガス、毒性ガス等の気体圧送用ポンプや、可燃性液体、毒性液体等の液体圧送用ポンプに適用しても良い。
上記では、カムによって第1、第2ベローズ9、10を駆動する例を示したが、クランク等を用いて回転運動を往復運動に変換して第1、第2ベローズ9、10を駆動するように設けても良い。
上記では、ポンプユニット1の材質として、金属を用いた例を示したが、ポンプユニット1の構成部材の一部、あるいは全部を樹脂やゴムを用いて構成しても良い。つまり、例えば、適用される作動流体に応じて、第1、第2ベローズ9、10を樹脂やゴムを用いて構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 密閉式ポンプ装置の断面図である(第1参考例)。
【図2】 ポンプユニットの断面図である(第2参考例)。
【図3】 ポンプユニットの断面図である(第3参考例)。
【図4】 ポンプユニットの断面図である(第1実施例)。
【図5】 ポンプユニットの断面図である(第2実施例)。
【符号の説明】
1 ポンプユニット
2 駆動機構(ベローズを伸縮させる手段)
3 シリンダ
4 ピストン
5 第1軸部材
6 第2軸部材
7 第1軸受部材
8 第2軸受部材
9 第1ベローズ
10 第2ベローズ
11 第1ポンプ室
12 第2ポンプ室
15 吸入弁(弁手段)
16 吐出弁(弁手段)
21 第1カム(カム手段)
22 第2カム(カム手段)
23 電動モータ
31 楔溝
32 第1小径ベローズ
33 第2小径ベローズ
34 周方向に沿う溝
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hermetic pump device that has excellent shut-off from the outside, and is a technique suitable for use in flammable fluids and toxic fluids.
[0002]
[Prior art]
As a hermetic pump device, a bellows pump disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-148258 is known. This hermetic pump device uses the inside of a bellows having a hermetic structure as a pump chamber, and performs suction and discharge of a working fluid by utilizing a volume change due to expansion and contraction of the bellows.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional hermetic pump device (bellows pump) has a problem that fatigue is accumulated in the bellows due to internal stress accompanying expansion and contraction. As means for solving this problem, it is necessary to expand and contract in a range where the stress is below the fatigue limit of the bellows. That is, the expansion / contraction amount cannot be increased with respect to the entire length of the bellows, and the physique of the hermetic pump device is increased.
An object of the present invention is to reduce the size of the hermetic pump device by increasing the pump capacity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
[Means of Claim 1 ]
By adopting the means of claim 1 , the working fluid is continuously sucked twice and the working fluid is continuously discharged twice by one expansion and contraction of the bellows. For this reason, the hermetic pump device according to claim 1 has a higher pumping capacity than the conventional one, and the size of the hermetic pump device can be reduced as compared with the conventional one.
[0008]
Specifically, by adopting the means of claim 1 , when the first bellows contracts (the second bellows expands at this time), the pump chamber on the first bellows side in the cylinder defined by the piston is used as the working fluid. And the pump chamber on the second bellows side discharges the working fluid. Subsequently, when the first bellows extends (the second bellows contracts at this time), the pump chamber on the first bellows side in the cylinder defined by the piston discharges the working fluid, and the pump chamber on the second bellows side Performs suction of the working fluid.
That is, the working fluid is continuously sucked twice by the expansion and contraction of the bellows, and the working fluid is continuously discharged twice. For this reason, pump capability is high compared with the past, and the physique of a closed-type pump apparatus can be reduced in size compared with the past.
[0009]
Also, by adopting a means of claim 1, by Rukoto is incompressible fluid sealed in the first bellows and the second bellows, can tell reliably piston volume change in the two bellows, piston The reciprocating drive can be performed efficiently.
[0010]
Further, by adopting the means of claim 1, the space between the piston and the bearing member is covered with a small-diameter bellows, and the shaft member is provided separately from the pump chamber in the cylinder. Even if the incompressible fluid leaks to the pump chamber side in the cylinder, the leaked incompressible fluid is enclosed inside by a small-diameter bellows. For this reason, it is possible to reliably eliminate the problem that the incompressible fluid sealed in the bellows flows into the pump chamber and mixes with the working fluid.
[0011]
[Means of claim 2 ]
By adopting the means of claim 2 , when the shaft member slides on the side different from the pump chamber in the cylinder, the incompressible fluid in the wedge groove is returned into the bellows. For this reason, the incompressible fluid enclosed in the bellows can flow into the pump chamber and be mixed into the working fluid.
[0012]
[Means of claim 3 ]
By adopting the means of claim 3 , since the piston does not slide inside the cylinder, there is no problem that the sliding powder generated by the sliding is mixed into the working fluid.
[0013]
[Means of claim 4 ]
By adopting the means of claim 4 , the pressure between the two pump chambers formed on both sides of the piston in the cylinder is divided by the groove provided on the outer peripheral surface of the piston. A pressure difference can be secured and internal leakage of fluid between the two pump chambers can be suppressed.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described using reference examples, examples , and modifications.
[ First Reference Example ]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a hermetic pump device. This hermetic pump device is roughly composed of a pump unit 1 and a drive mechanism 2. Incidentally, pump unit 1 is, for example, those used in the hydrogen supply pump, without passing through the hydrogen, those composed by broken toxicity and durable metallic material (e.g., made of SUS3162 stainless) is there.
[0015]
The pump unit 1 includes a cylindrical cylinder 3, a piston 4 that reciprocates in the cylinder 3, first and second shaft members 5 and 6 provided on both sides of the piston 4, The first and second bearing members 7 and 8 are fixed to the end portions, and the first and second bellows 9 and 10 are fixed to the outer surfaces of the first and second bearing members 7 and 8.
[0016]
The cylinder 3 has a cylindrical shape, and first and second pump chambers 11 and 12 defined by the piston 4 are formed therein. Further, the cylinder 3 is supplied with a suction port 13 for guiding the working fluid to each of the first and second pump chambers 11 and 12, and the working fluid compressed in the first and second pump chambers 11 and 12. 3 is provided with a discharge port 14 for discharging to the outside.
The suction port 13 is provided with a suction valve 15 (corresponding to a valve unit) which is a one-way valve that allows a working fluid to flow only from the fluid inflow unit connected to the suction port 13 into the cylinder 3. The discharge port 14 is also provided with a discharge valve 16 (corresponding to a valve unit) that is a one-way valve that allows the working fluid to flow from the cylinder 3 only to the fluid outflow unit connected to the discharge port 14. The intake valve 15 and the discharge valve 16 are well-known one-way valves such as a reed valve or a check valve.
[0017]
The piston 4 reciprocates inside the cylinder 3 to change the volumes in the first and second pump chambers 11 and 12 defined by the piston 4. The outer diameter of the piston 4 is the same as that of the cylinder 3. It is provided slightly smaller than the inner diameter dimension (for example, about 10 μ to 1000 μ). The piston 4 is supported so as to be capable of reciprocating in the axial direction by sliding of first and second shaft members 5 and 6 provided at both ends. It is provided so as not to slidably contact the peripheral surface. By being provided in this way, there is no problem that the sliding powder generated by sliding is mixed into the working fluid.
[0018]
The first and second shaft members 5 and 6 have a cylindrical bar shape, and are integrated with the piston 4 or fixed to the piston 4 at the center portions on both sides of the piston 4. The outer peripheral surfaces of the first and second shaft members 5 and 6 are supported by the first and second bearing members 7 and 8 so as to be slidable in the axial direction, and the first and second shaft members 5 and 6 are supported. This end face receives a pressure change accompanying a volume change due to expansion and contraction of the first bellows 9 or the second bellows 10.
[0019]
The first bellows 9 has a bellows-like cylindrical shape that elastically expands and contracts in the axial direction, and the piston 4 is driven to reciprocate by utilizing the volume change caused by the expansion and contraction of the first bellows 9. The first bellows 9 has a driving end at the left end in the figure and a fixed end at the right end in the figure.
A disk-shaped first cap 17 is joined to the drive end of the first bellows 9 by a joining technique such as brazing or welding, and the drive end of the first bellows 9 is reciprocated by the reciprocating motion received by the first cap 17. Driven.
The fixed end of the first bellows 9 is joined to the first bearing member 7 by a joining technique such as brazing or welding.
The first working chamber 18 is formed by the space surrounded by the end faces of the first bellows 9, the first cap 17, the first bearing member 7 and the first shaft member 5, and the volume change causes the first shaft member 5 to move. The piston 4 is driven to reciprocate through. A compressive fluid such as an inert gas is sealed in the first working chamber 18 and the second working chamber 20 described later.
[0020]
Similarly to the first bellows 9, the second bellows 10 has a bellows-like cylindrical shape that elastically expands and contracts in the axial direction, and the piston 4 is moved by utilizing the volume change due to the expansion and contraction of the second bellows 10. It is driven reciprocally. The second bellows 10 has a driving end at the right end in the figure and a fixed end at the left end in the figure.
A disk-shaped second cap 19 is joined to the driving end of the second bellows 10 by a joining technique such as brazing or welding, and the driving end of the second bellows 10 is reciprocated by the reciprocating motion received by the second cap 19. Driven.
The fixed end of the second bellows 10 is joined to the second bearing member 8 by a joining technique such as brazing or welding.
The second working chamber 20 is formed by the space surrounded by the end faces of the second bellows 10, the second cap 19, the second bearing member 8, and the second shaft member 6, and the volume change causes the second shaft member 6 to move. The piston 4 is driven to reciprocate through.
[0021]
Here, the first conversion means for converting the volume change due to the expansion and contraction of the first bellows 9 into the drive stroke of the piston 4 by the first bellows 9 including the first cap 17, the first bearing member 7 and the first shaft member 5. The second bellows 10 including the second cap, the second bearing member 8 and the second shaft member 6 are configured to convert a volume change due to expansion and contraction of the second bellows 10 into a driving stroke of the piston 4. Conversion means is configured.
[0022]
The first and second bearing members 7 and 8 are fixed to both ends of the cylinder 3 and partition the inside of the first bellows 9 or the second bellows 10 and the inside of the cylinder 3 as described above. At the same time, the first and second shaft members 5 and 6 are slidably supported in the axial direction.
The first and second bearing members 7 and 8 fill the dead volume generated in the first and second bellows 9 and 10 and improve the compression ratio in the first and second working chambers 18 and 20. The cylindrical boss portion that also serves as a bearing is disposed so as to fill the dead volume.
[0023]
Next, the drive mechanism 2 will be described. Incidentally, the pump unit 1, since by compressing the first bellows 9 elongation second bellows 10, a structure in which the first bellows 9 extends by compressing the second bellows 10 conversely, drive kinematic mechanism 2 The first and second cams 21 and 22 (corresponding to cam means) that alternately press the first and second caps 17 and 19 are used.
[0024]
The drive mechanism 2 is means for expanding and contracting the first and second bellows 9 and 10 and includes an electric motor 23 (external power generation means) for generating a drive force. A first cam 21 that presses the first cap 17 according to the rotation of the output shaft 24 is attached to the tip of the output shaft 24 of the electric motor 23.
A driving pulley 25 is attached to the base portion of the output shaft 24, and the rotation of the output shaft 24 is transmitted to the driven pulley 27 via the timing belt 26. A second cam 22 that presses the second cap 19 according to the rotation of the driven shaft 28 is attached to the tip of the driven shaft 28 that rotates integrally with the driven pulley 27.
Here, the rotation ratio of the drive pulley 25 and the driven pulley 27 is 1: 1, and the first cam 21 and the second cam 22 are provided so as to alternately press the first cap 17 and the second cap 19. .
[0025]
When electrostatic movement motor 23 is activated, first in accordance with the rotation of the output shaft 24 and driven shaft 28, the second cam 21 presses the first cap 17 a second cap 19 alternately. When the first cam 21 presses the first cap 17 and the first bellows 9 contracts, the inside of the first working chamber 18 is compressed, and the piston 4 is driven to the right side in the figure. Then, the volume of the first pump chamber 11 increases, the first pump chamber 11 sucks the working fluid, the volume of the second pump chamber 12 decreases, and the second pump chamber 12 discharges the working fluid. . At this time (when the piston 4 is driven to the right side in the figure), the second shaft member 6 compresses the inside of the second working chamber 20, so that the second bellows 10 extends.
[0026]
Subsequently, when the second cam 22 presses the second cap 19 and the second bellows 10 contracts, the inside of the second working chamber 20 is compressed and the piston 4 is driven to the left side in the figure. Then, the volume of the first pump chamber 11 decreases, the first pump chamber 11 discharges the working fluid, the volume of the second pump chamber 12 expands, and the second pump chamber 12 sucks the working fluid. . At this time (when the piston 4 is driven to the left side in the figure), the first shaft member 5 compresses the inside of the first working chamber 18, so that the first bellows 9 extends.
That is, when the first cap 17 and the second cap 19 are alternately and continuously driven, the first bellows 9 and the second bellows 10 are alternately operated continuously, and the working fluid is alternately supplied from the two suction ports 13. In addition to suction, the working fluid is alternately discharged from the two discharge ports 14.
[0027]
As described above , the hermetic pump device continuously sucks the working fluid twice and discharges the working fluid twice by one expansion and contraction of the bellows. As a result, the pump capacity is higher than that of the conventional bellows type pump, and the size of the hermetic pump device can be reduced as compared with the conventional type.
The hermetic pump device sucks the working fluid that is 180 degrees out of phase and discharges the working fluid that is 180 degrees out of phase by one expansion and contraction of the bellows. And the pulsation of discharge is averaged more than before.
Furthermore, since the hermetic pump device maintains a fine clearance between the cylinder 3 and the piston 4, there is no sliding portion in the first and second pump chambers 11 and 12, and sliding due to sliding occurs. Powder is not generated in the first and second pump chambers 11 and 12. For this reason, there is no problem that the sliding powder is mixed into the working fluid and contaminates the working fluid.
[0028]
[ Second Reference Example ]
As shown in FIG. 2, the pump unit 1 shown in the second reference example fills the first and second working chambers 18 and 20 inside the first and second bellows 9 and 10 with an incompressible fluid such as oil. Is enclosed.
By providing in this way, the volume change in the 1st, 2nd bellows 9 and 10 can be reliably transmitted to the piston 4, and the reciprocating drive of the piston 4 can be performed efficiently.
[0029]
[ Third reference example ]
As shown in FIG. 3, the pump unit 1 shown in the third reference example spreads on the sliding surface of the first and second bearing members 7 and 8 on a different side from the first and second pump chambers 11 and 12. A plurality of wedge grooves 31 having a wedge shape are provided.
By providing in this way, when the first shaft member 5 slides to a different side from the first pump chamber 11, the incompressible fluid that has entered the wedge groove 31 is returned into the first working chamber 18. A problem that an incompressible fluid such as oil flows into the first pump chamber 11 is suppressed.
Similarly, when the second shaft member 6 slides to a different side from the second pump chamber 12, the non-compressed fluid that has entered the wedge groove 31 is returned to the second working chamber 20. A problem that the compressed fluid flows into the second pump chamber 12 is suppressed.
As described above, the provision of the wedge grooves 31 on the sliding surfaces of the first and second bearing members 7 and 8 causes incompressible fluid such as oil to flow into the first and second pump chambers 11 and 12. Therefore, the problem that the incompressible fluid is mixed into the working fluid and contaminates the working fluid is suppressed.
[0030]
[ First embodiment ]
As shown in FIG. 4, the pump unit 1 shown in the first embodiment is covered with a resin-made first small-diameter bellows 32 between the piston 4 and the first bearing member 7 in the first shaft member 5. The shaft member 5 is provided separately from the inside of the first pump chamber 11, and the space between the piston 4 and the second bearing member 8 in the second shaft member 6 is covered with a resin-made second small-diameter bellows 33. In other words, the second shaft member 6 is provided separately from the inside of the second pump chamber 12.
[0031]
By providing in this way, even if the incompressible fluid leaks to the cylinder 3 side from between the first shaft member 5 and the first bearing member 7, the leaked incompressible fluid is internally contained by the first small-diameter bellows 32. Enclosed.
Similarly, even if the non-compressed fluid leaks from between the second shaft member 6 and the second bearing member 8 to the cylinder 3 side, the leaked non-compressed fluid is enclosed inside by the second small-diameter bellows 33. .
As described above, by providing the first and second small-diameter bellows 32 and 33 around the first and second shaft members 5 and 6, the incompressible fluid such as oil can be supplied to the first and second pump chambers 11 and 12. There is no inconvenience of flowing in, and it is possible to reliably eliminate the inconvenience of incompressible fluid mixing into the working fluid and contaminating the working fluid.
[0032]
[ Second Embodiment ]
As shown in FIG. 5, the pump unit 1 shown in the second embodiment is provided with a plurality of grooves 34 along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the piston 4.
By providing in this way, the pressure difference between the first pump chamber 11 and the second pump chamber 12 is divided by the plurality of grooves 34, so that the pressure difference between the first and second pump chambers 11 and 12 is divided. Can be secured, and internal leakage of fluid between the first and second pump chambers 11 and 12 can be suppressed. Thus, since the internal leakage of the fluid between the 1st, 2nd pump chambers 11 and 12 is suppressed, pump efficiency can be improved.
[0033]
[Modification]
In the above, an example in which the present invention is applied to a hydrogen supply pump has been shown. It may be applied.
In the above example, the first and second bellows 9 and 10 are driven by the cam. However, the first and second bellows 9 and 10 are driven by converting the rotary motion into a reciprocating motion using a crank or the like. May be provided.
Although the example which used the metal as the material of the pump unit 1 was shown above, you may comprise a part or all of the structural member of the pump unit 1 using resin or rubber | gum. That is, for example, the first and second bellows 9 and 10 may be configured using resin or rubber according to the applied working fluid.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a hermetic pump device ( first reference example ).
FIG. 2 is a sectional view of a pump unit ( second reference example ).
FIG. 3 is a cross-sectional view of a pump unit ( third reference example ).
FIG. 4 is a cross-sectional view of a pump unit ( first embodiment ).
FIG. 5 is a sectional view of a pump unit ( second embodiment ).
[Explanation of symbols]
1 Pump unit 2 Drive mechanism (Means to expand / contract bellows)
3 Cylinder 4 Piston 5 First shaft member 6 Second shaft member 7 First bearing member 8 Second bearing member 9 First bellows 10 Second bellows 11 First pump chamber 12 Second pump chamber 15 Suction valve (valve means)
16 Discharge valve (valve means)
21 First cam (cam means)
22 Second cam (cam means)
23 Electric motor 31 Wedge groove 32 First small-diameter bellows 33 Second small-diameter bellows 34 Groove along the circumferential direction

Claims (4)

互いに対向配置された2つのベローズの伸縮による該ベローズ内部の容積変化を、シリンダ内に配置されたピストンの駆動ストロークとすることで該ピストンを両側から往復駆動し、そのピストンの往復駆動に伴う前記シリンダ内の容積変化によって、作動流体の吸引と圧送を行う密閉式ポンプ装置において、
この密閉式ポンプ装置は、
(a)筒状を呈した前記シリンダと、
(b)このシリンダの内部で往復動自在に配置された前記ピストンと、
(c)前記シリンダの一端側に配置され、軸方向に弾性的に伸縮する蛇腹状の筒形を呈した第1ベローズと、
(d)前記シリンダの他端側に配置され、軸方向に弾性的に伸縮する蛇腹状の筒形を呈した第2ベローズと、
(e)前記ピストンの両側に設けられ、前記第1ベローズあるいは前記第2ベローズの伸縮による容積変化を受けるとともに、前記ピストンを前記シリンダ内で往復動可能に支持するための軸部材と、
(f)前記シリンダの両端に設けられ、前記第1ベローズあるいは前記第2ベローズの内部と前記シリンダの内部とを区画するとともに、前記軸部材を軸方向へ摺動自在に支持する軸受部材と、
(g)前記シリンダの両側に設けられ、そのシリンダ内の容積変化により作動流体をこのシリンダ内のみに導く一方向弁である吸入弁と、
(h)前記シリンダの両側に設けられ、そのシリンダ内の容積変化により作動流体をシリンダの外部のみに吐出させる一方向弁である吐出弁とを具備し、
前記第1ベローズおよび前記第2ベローズの内部には、非圧縮流体が封入され、
前記軸部材は、前記ピストンと前記軸受部材の間が小径のベローズに覆われて前記シリンダ内のポンプ室と隔離して設けられたことを特徴とする密閉式ポンプ装置。
The volume change inside the bellows due to expansion and contraction of two bellows arranged opposite to each other is set as a driving stroke of the piston arranged in the cylinder, so that the piston is reciprocated from both sides, In a hermetic pump device that sucks and pumps the working fluid by changing the volume in the cylinder ,
This hermetic pump device
(A) the cylinder having a cylindrical shape;
(B) the piston arranged to reciprocate inside the cylinder;
(C) a first bellows disposed on one end side of the cylinder and having a bellows-like cylindrical shape that elastically expands and contracts in the axial direction;
(D) a second bellows that is disposed on the other end side of the cylinder and has a bellows-like cylindrical shape that elastically expands and contracts in the axial direction;
(E) a shaft member that is provided on both sides of the piston, receives a volume change due to expansion and contraction of the first bellows or the second bellows, and supports the piston in a reciprocating manner in the cylinder;
(F) A bearing member provided at both ends of the cylinder, defining the inside of the first bellows or the second bellows and the inside of the cylinder, and supporting the shaft member slidably in the axial direction;
(G) a suction valve that is provided on both sides of the cylinder and is a one-way valve that guides the working fluid only into the cylinder by a volume change in the cylinder;
(H) a discharge valve that is provided on both sides of the cylinder and is a one-way valve that discharges the working fluid only to the outside of the cylinder by a volume change in the cylinder ;
An incompressible fluid is sealed inside the first bellows and the second bellows ,
The shaft member is provided with a space between the piston and the bearing member covered with a small-diameter bellows so as to be isolated from the pump chamber in the cylinder.
請求項1の密閉式ポンプ装置において、
前記軸部材が軸方向へ摺動する前記軸受部材の摺動面には、前記シリンダ内のポンプ室とは異なる側に広がる楔形状を呈した楔溝が設けられたことを特徴とする密閉式ポンプ装置。
The hermetic pump device according to claim 1 ,
A sealed type characterized in that a wedge groove having a wedge shape is provided on a sliding surface of the bearing member on which the shaft member slides in the axial direction and spreads on a side different from the pump chamber in the cylinder. Pump device.
請求項1または請求項2の密閉式ポンプ装置において、
前記ピストンと前記シリンダとの間には、微細なクリアランスが形成されていることを特徴とする密閉式ポンプ装置。
In the hermetic pump device according to claim 1 or 2 ,
A hermetic pump device, wherein a fine clearance is formed between the piston and the cylinder.
請求項1ないし請求項3のいずれかの密閉式ポンプ装置において、
前記ピストンの外周面には、周方向に沿う溝が設けられたことを特徴とする密閉式ポンプ装置。
In the hermetic pump device according to any one of claims 1 to 3 ,
A hermetic pump device characterized in that a groove along the circumferential direction is provided on the outer peripheral surface of the piston.
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